多個(gè)電壓系統(tǒng)需要電源電壓排序

以下應(yīng)用筆記討論了用于電源排序和復(fù)位輸出排序的多種方案。它討論了使用分立解決方案與集成度更高的解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)。MAX6819/MAX6820為多電源系統(tǒng)排序提供了一種極佳的方法。MAX6391/MAX6392具有時(shí)序輸出，可用于多電壓和/或多處理器系統(tǒng)。MAX16029為多達(dá)<>個(gè)電源排序提供節(jié)省空間的方案。

許多應(yīng)用在上電和關(guān)斷期間需要一個(gè)受控的周期。對(duì)于采用雙極性電源電壓工作的舊器件（如DG401開關(guān)），應(yīng)先施加最正電壓，其次是邏輯電源（可能），最后施加負(fù)電源電壓。違反此規(guī)則可能會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體內(nèi)部“閂鎖”。

由于外部阻塞二極管（添加用于防止閂鎖效應(yīng)）會(huì)限制可用的模擬輸入范圍，因此首選方法是控制向芯片施加電源電壓的順序。受控電源排序?qū)τ谠S多面向計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)的操作至關(guān)重要。例如，DSP和其他多電壓微處理器通常需要在施加內(nèi)核電壓之前存在其I/O電壓，反之亦然。另一個(gè)需要排序的應(yīng)用是包含輔助控制器（如圖形控制器）和主 CPU 的電路板。為避免圖形顯示屏上的輸出不受控制，CPU 必須在圖形控制器通電或釋放復(fù)位之前啟動(dòng)并運(yùn)行。

新的IC系列簡化了需要多個(gè)電源的系統(tǒng)的排序功率。我們將在討論分立元件方法后介紹這些新型IC及其實(shí)現(xiàn)。

簡單的遙控方法

對(duì)同一電源軌上兩個(gè)或多個(gè)電路的電源電壓進(jìn)行排序的一種簡單方法是，通過在電源線上的地上增加一個(gè)串聯(lián)電阻和電容器，在它們之間引入延遲。每條生產(chǎn)線只需要兩個(gè)分立器件（圖1）。但是，這種技術(shù)有許多缺點(diǎn)：您應(yīng)該僅將其用于信號(hào)延遲，而不是用于電源延遲。

圖1.通過電源線中的RC延遲進(jìn)行電源排序。

延遲取決于電源電壓的上升時(shí)間。RC方法不適合為獨(dú)立于主3V電源的3.5V電源電壓增加延遲，因?yàn)榧词褂醒舆t，3.3V也可能首先出現(xiàn)。5V可能根本不會(huì)出現(xiàn)，這不會(huì)阻止3.3V施加到設(shè)備上。如果3.3V來自5V，這種方法可能是可以接受的，但您仍然必須考慮電阻中的功率損耗。另一個(gè)考慮因素是，關(guān)斷時(shí)的延遲電源電壓仍然比首先出現(xiàn)的電源電壓更長。

防止一個(gè)電源先于另一個(gè)電源上電的更可靠方法是監(jiān)控主電源，以確保它在第二個(gè)電源接通之前首先啟動(dòng)并達(dá)到一定水平。增加一個(gè)小的延遲可提供額外的可靠性優(yōu)勢(shì)。圖2說明了這種方法，例如，電源穩(wěn)壓器位于遠(yuǎn)程電源中，因此無法訪問。

圖2.通過RC、比較器和MOSFET驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行電源排序。

比較器負(fù)輸入端的基準(zhǔn)電壓設(shè)置V要達(dá)到的電平抄送- V之前CC2打開。另一個(gè)輸入上的 RC 組合會(huì)增加觸發(fā)器的延遲。一個(gè) n 溝道 MOSFET 開關(guān)保證 V 內(nèi)沒有電流流動(dòng)CC2線路，當(dāng)電源關(guān)閉或 V 時(shí)CC1尚未達(dá)到所需的電壓。為了充分增強(qiáng) MOSFET 開關(guān)，驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的柵極-源極電壓 （V一般事務(wù)人員） 超過 VCC2幾伏特。最簡單的驅(qū)動(dòng)器可以是使V加倍的電荷泵CC2，比較器通過電荷泵的關(guān)斷引腳打開和關(guān)閉。

這種方法還保證了 VCC2在 V 時(shí)關(guān)閉CC1不存在。盡管如此，時(shí)序仍然取決于V的上升時(shí)間CC1，設(shè)計(jì)人員可能無法訪問。這種布置允許較短的間隔 - 取決于RC組合和V的下降時(shí)間CC1-其中VCC2存在且無 VCC1.另一個(gè)缺點(diǎn)是，至少需要五個(gè)組件才能實(shí)現(xiàn)此功能。

嘗試使用p溝道MOSFET實(shí)現(xiàn)上述電路（以消除MOSFET驅(qū)動(dòng)器）會(huì)導(dǎo)致以下問題。上電時(shí)無法保證PMOS器件完全閉合，因?yàn)闁艠O和源極電壓的上升時(shí)間可能不同，或者必須單獨(dú)控制?？赡艿慕Y(jié)果是上電時(shí)的輸出毛刺，在柵源電壓（V一般事務(wù)人員） 足夠小，可以閉合 MOSFET。在低電壓下，電源路徑中可能會(huì)出現(xiàn)額外的電阻，因?yàn)?V一般事務(wù)人員不夠大，無法完全增強(qiáng)p溝道MOSFET。

上述電路可以使用標(biāo)準(zhǔn)復(fù)位IC輕松升級(jí)，結(jié)果是外部元件更少（圖3）。替代產(chǎn)品包括MAX809（包括基準(zhǔn)電壓源、比較器、固定延遲時(shí)間和復(fù)位門限）和MAX6301，其門限和復(fù)位時(shí)間均可調(diào)節(jié)。然而，主要優(yōu)點(diǎn)是更精確可調(diào)的時(shí)序，也與電源電壓上升和下降時(shí)間無關(guān)。此外，VCC2V 一關(guān)閉CC1低于某個(gè)閾值，因此 VCC2沒有 V 就永遠(yuǎn)不會(huì)存在CC1.

圖3.使用復(fù)位 IC、驅(qū)動(dòng)器和 MOSFET 進(jìn)行排序。

電源穩(wěn)壓器排序

許多升壓和降壓穩(wěn)壓器包括一個(gè)關(guān)斷引腳，可用于電源排序。首先，您應(yīng)該檢查相關(guān)器件是否完全關(guān)斷，或者輸出端是否仍然存在輸入電壓（目前許多升壓穩(wěn)壓器都是這種情況）。使用合適的穩(wěn)壓器，只需在一個(gè)穩(wěn)壓器的關(guān)斷輸入端使用 RC 網(wǎng)絡(luò)即可實(shí)現(xiàn)所需的排序（圖 4）。RC 延遲確保 VCC1出現(xiàn)在 V 之前CC2.至于上面提到的其他RC電路，VCC2延遲時(shí)間也取決于 VCC1上升時(shí)間在掉電時(shí)，VCC2可能比 V 存在的時(shí)間更長CC1.

圖4.帶功率調(diào)節(jié)器的 RC 排序。

為了獲得更好的可靠性，具有集成延遲的復(fù)位 IC 可以控制功率穩(wěn)壓器的關(guān)斷引腳（圖 5）。優(yōu)點(diǎn)包括定義的時(shí)序行為、受控關(guān)斷以及保證 VCC2在 V 之前關(guān)閉CC1.

圖5.使用電源穩(wěn)壓器復(fù)位排序。

MAX6819只需幾個(gè)外部元件即可控制電路板上各種電源線的上電/關(guān)斷周期。在監(jiān)視初級(jí)電源電壓時(shí)，這些器件通過外部 n 溝道 MOSFET 開關(guān)使能/禁用次級(jí)電源電壓（圖 6）。電路功能如上所述，但工作量要少得多。MOSFET 驅(qū)動(dòng)器，具有 V 的穩(wěn)壓電荷泵一般事務(wù)人員= 5.5V，與必要的電容器一起集成在此SOT23器件中。

圖6.MAX6819的電源排序

排序器確保 MOSFET 始終具有所需的最小電壓一般事務(wù)人員增強(qiáng)型，可最大限度地降低 MOSFET 中的損耗并確保低漏源阻抗 （RDS（ON）).MAX6819的出廠設(shè)置延遲時(shí)間為200 ms，該延遲時(shí)間發(fā)生在初級(jí)電壓升至設(shè)定門限以上之后，電荷泵驅(qū)動(dòng)外部MOSFET開關(guān)之前。

MAX6819還具有使能輸入，可以覆蓋內(nèi)部電路并關(guān)斷或使能外部MOSFET。MAX6820允許用戶使用一個(gè)小的外部電容簡單地調(diào)整延遲時(shí)間。如果一個(gè)電源大于2.125V，則任一VCC1或 VCC2可充當(dāng)主電源，從而觸發(fā)次級(jí)電源的開關(guān)。

由于有些系統(tǒng)必須對(duì)兩個(gè)以上的電源進(jìn)行排序，MAX6819和MAX6820支持菊花鏈（圖7）。只要開關(guān)上游的電源未達(dá)到其正常工作電壓，并且相關(guān)的延遲時(shí)間尚未過去，所有上游電源開關(guān)都將被禁用。

圖7.對(duì)三個(gè)電源進(jìn)行排序。

對(duì)多個(gè)電源進(jìn)行排序

具有兩個(gè)以上電源的現(xiàn)代系統(tǒng)現(xiàn)在很常見。這些電源通常具有上電排序要求。MAX16029四路電壓監(jiān)控器/定序器電路可以滿足這一要求，提供通用且節(jié)省空間的解決方案（圖8）。MAX16029采用TQFN封裝，可對(duì)多達(dá)<>個(gè)電源電壓進(jìn)行排序，上電延遲可調(diào)。

圖8.對(duì)四個(gè)電源進(jìn)行排序。

重置排序

如果必須控制復(fù)位時(shí)序而不是電源，則需要復(fù)位時(shí)序器。例如，如果主 CPU 必須在從屬 CPU 或背板 ASIC 之前啟動(dòng)并運(yùn)行，則此功能是必需的。通過級(jí)聯(lián)兩個(gè)或多個(gè)復(fù)位IC（如MAX812）來實(shí)現(xiàn)所需的時(shí)序控制，這些IC包括一個(gè)手動(dòng)復(fù)位輸入（MR）。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)電源電壓上升，并且第一個(gè)復(fù)位IC將其復(fù)位輸出拉高時(shí)，第二個(gè)IC的MR被釋放，內(nèi)部定時(shí)器開始運(yùn)行。延遲時(shí)間過后，第二次復(fù)位被取消置位。

MAX6391/MAX6392雙電壓μP監(jiān)控電路具有時(shí)序輸出，在單芯片中提供了相同的功能，但具有一定的靈活性（圖9）。這些 SOT23-8 器件監(jiān)視兩個(gè)電源電壓（主電源和從電源），并提供兩個(gè)具有固定或可調(diào)超時(shí)周期的復(fù)位輸出。

圖9.利用MAX6391/MAX6392.<復(fù)位排序

當(dāng)主電源下降或未達(dá)到其工作電壓時(shí)，芯片將兩次復(fù)位。只要主復(fù)位被置位，就不能取消從復(fù)位。在上電和關(guān)斷時(shí)，順序復(fù)位輸出確保當(dāng)主器件未運(yùn)行時(shí)，從器件永遠(yuǎn)不會(huì)導(dǎo)通。從器件的電壓門限和超時(shí)周期可通過幾個(gè)外部元件進(jìn)行調(diào)節(jié)。

審核編輯：郭婷